Materialien und Geräte zur Klimatisierung
von Vitrinen und Depotschränken

• 2.1 Mineralische und organische Feuchtigkeitspuffer
• 2.2 Spezielle Puffer für den mittleren Feuchtebereich
• 2.3 Verhalten von Puffern und Kunstwerken aus organischen Materialien bei wechselnder Temperatur
• 2.4 Salzlösungen, 2.4.1 Beutel mit Salzlösungen
• 2.5 Kleinklimageräte, Konstantfeuchtegeräte
• 2.6 Bibliographie

2.4 Salzlösungen, Entfeuchterbeutel mit Salzlösungen

Gesättigte Salzlösungen

Eine effiziente Methode, Vitrinen über lange Zeit zu klimatisieren

Grundlage dieses Verfahrens ist die Eigenschaft gesättigter Salzlösungen, also Salzlösungen mit einem Bodensatz von ungelöstem Salz, oberhalb der Wasseroberfläche eine genau definierte konstante rF zu erzeugen.

(nach: Padfield, Handbook of Chemistry, DIN 50008 und Novasina)

Die rF ist weitgehend unabhängig von der Temperatur. Auch bei anderen Salzen ist die rF in dem für Museen relevanten Temperaturbereich recht konstant. Bei höheren Temperaturen sinken die rF-Werte bei den Salzen etwas ab. Die Salzlösungen verhalten sich damit gegensätzlich zu Holz, das bei steigender Temperatur höhere rF-Werte erzeugt (vgl. 2.3).

Vorteil gesättigter Salzlösungen für die Vitrinenklimatisierung: Lange Wartungsintervalle

Die rF kann relativ unabhängig von der Temperatur konstant gehalten werden, wobei eine gesättigte Salzlösung im Vergleich zu anderen Puffermaterialien eine sehr große Wassermenge abgeben bzw. aufnehmen kann, ohne dass die rF sich ändert. Die Salze absorbieren in etwa folgende Wassermengen (CCI publ. Silica Gel):

Verglichen mit 1 kg Silikagel, das z.B. zwischen 40 und 60% rF nur 37 g Wasser aufnehmen kann (und dabei nota bene das Vitrinenklima um 20% rF schwanken ließe), sind gesättigte Salzlösungen demnach weitaus effizienter. Auf diese Weise klimatisierte Vitrinen bleiben u.U. viele Jahre ohne weitere Eingriffe auf konstanter rF. Dies ist für die Praxis von großem Vorteil.

Einfaches Anwendungsprinzip:

Man nehme reines Wasser, kalt oder auch kochend (DIN 50008) und löse darin das Salz auf. Je nach Art des Salzes erwärmt sich die Lösung dabei oder kühlt sich ab - man muss danach also einige Zeit warten, bis die Lösung wieder bei Normaltemperatur ist. Wie viel Salz man im Verhältnis zum Wasser zugibt, hängt davon ab, ob die Salzlösung die Vitrine feuchter halten soll als die Umgebungsluft (dann stellt man die Lösung so her, dass viel Flüssigkeit und nur ein geringer Bodensatz entsteht) oder ob die Vitrine mit der Salzlösung trocken gehalten werden soll (dann besteht die Lösung, damit sie viel Wasser aufnehmen kann, hauptsächlich aus Bodensatz, der nur mit einem ganz dünnen Film klarer Lösung überdeckt ist. In diesem Fall ist einzuberechnen, dass der Wasserspiegel mit der Zeit steigen wird, der Behälter muss also noch entsprechend Kapazität haben.).

Das Prinzip wird seit langem mit Erfolg angewendet: So wird in Oslo ein Wikingerschiff seit über 40 Jahren mit Kalziumnitrat auf rund 55% rF ±5% rF gehalten, wobei sich der Wartungsaufwand darauf beschränkte, ein Mal pro Jahr destilliertes Wasser zuzugeben (Astrup ICOM 1987), ein durchaus vertretbarer Aufwand. Auch die Firma Glasbau Hahn bietet für ihre Vitrinen eine Klimatisierungseinrichtung mit Salzlösungen an.

Werden Salzlösungen zum Trocknen verwendet, also um eine Vitrine trockener zu halten als seine Umgebung, ist der Wartungsaufwand etwas höher. Wenn sich allmählich der ganze Bodensatz aufgelöst hat, schöpft man einen Teil der klaren Salzlösung ab und gibt frisches Salz zu. Ein Eindampfen der abgeschöpften Lösung im Kochtopf ist leider nicht möglich, da hierfür extrem hohe Temperaturen erforderlich sind. Salzlösungen sieden z.T. erst bei 300°C und darüber (und werden daher z.T. in der Metallbearbeitung verwendet, um Anlauffarben auf Eisen zu erzeugen, indem man das Eisen in solch eine heiße Lösung taucht und wieder herauszieht). Bei diesen hohen Temperaturen verändern sich viele Salze chemisch (Oxychloride...), sodass nach dem Einkochen ein anderes Produkt vorläge. Die einzige praktikable Möglichkeit, die Salze zu trocknen besteht darin, sie in einem trockneren Raum über lange Zeit zu trocknen oder sie mit Silikagel oder Molekularsieben zu trocknen, die dann ihrerseits im Ofen getrocknet werden können. Bei schneller Trocknung bilden sich u.U. auf der Oberfläche Salzkrusten, die ein weiteres Austrocknen erschweren. Angesichts ihres niedrigen Preises ist es meist wirtschaftlicher, immer nur frische Salze zu verwenden und die verbrauchten zu entsorgen, wobei allerdings z.T. Entsorgungskosten mit einzuberechnen sind.

Nachteile von Salzlösungen:

Die Klimatisierung mit Salzlösungen hätte sich längst durchgesetzt, gäbe es da nicht einige Punkte, die zu Recht oder zu Unrecht als Nachteile oder Schwierigkeiten bezeichnet werden oder die zumindest Bedenken ausgelöst haben:

• Der Wasseraustausch von Salzlösungen ist - bedingt durch die glatte und damit kleine Wasseroberfläche - relativ langsam. Es kann also einige Zeit dauern, bis sich der korrekte rF-Wert eingestellt hat. Die DIN-Norm sieht diese Klimatisierung daher nur für kleine Lufträume bis 10 Litern vor (bzw. 30 Liter mit Ventilation). Die Praxis hat jedoch gezeigt, dass sich bei genügender Dichtigkeit auch große Vitrinen mit Salzlösungen klimatisieren lassen.
• Damit sich die gewünschten Werte genau einstellen, müssen Salzlösung und Vitrinenluft dieselbe Temperatur haben. Ein Unterschied von 1°C bewirkt bereits eine rF-Abweichung von 3-5% rF. Aufgrund des hohen Wärmespeichervermögens der Salzlösung wirken sich Temperaturschwankungen zunächst nur auf die Vitrinenluft aus.
• Durch Luftbewegungen über 1 m/s (3,6 km/h) können feinste Salznebel aufgewirbelt werden, die sich auf den Objekten niederschlagen könnten.

Überwinden der Nachteile von Salzlösungen:

Diese drei Schwierigkeiten lassen sich leicht überwinden, indem zusätzlich zur Salzlösung ein Feuchtigkeitspuffer wie Silikagel eingebracht wird. Salznebel lassen sich durch eine dampfdurchlässige Abdeckung unterbinden, z.B. mit Gore-tex (Creahan 1991). Das Silikagel wird durch die Salzlösung auf den richtigen Wert konditioniert und kann dann durch seine größere Oberfläche und seine geringere Wärmespeicherkapazität die Vitrine  schneller und zuverlässiger auf den richtigen Wert konditionieren. Die Tandem-Klimatisierung, löst beide Probleme gleichzeitig, indem hier die Salzlösung mit einer ART SORB-Platte abgedeckt wird. Die ART SORB - Platte dient gleichzeitig als Abdeckung und als zusätzlicher Puffer mit großer Oberfläche. Ähnliches lässt sich mit dünnen Silikagelbeuteln erreichen (lassen sich auf Maß anfertigen).

Eine Vitrine mit Tandemklimatisierung mit Magnesiumchlorid funktioniert seit 1991 im Augustinermuseum Freiburg. Sie hält die rF für die kranken Gläser konstant bei 35 - 40%. Der Wartungsabstand mit 8 kg Salz betrug auch in einem feuchten Keller über 3 Jahre. Die Klimadiagramme lassen wenig zu wünschen übrig, die Feuchtewerte stellen sich nach einer Vitrinenöffnung rasch wieder ein.

Geht das ungelöste Salz allmählich zur Neige, steigt die rF - wie ein Warnsignal - über einige Monate leicht an. Aber selbst als beinahe kein ungelöstes Salz mehr vorhanden war, lag die rF in der Vitrine noch unter 40% rF. Die Schichtung innerhalb der Salzlösung, die ab und zu als Argument gegen gesättigte Salzlösungen angeführt wird, ist bei einem Flüssigkeitsstand von ca. 5 cm noch nicht dramatisch.

Ein häufig geäußerter Einwand gegen Salzlösungen ist, dass Kriechsalze über die Behälter hinauswachsen und sich in der Vitrine ausbreiten könnten. Hauptsächlich ist dies eine Frage des richtigen Behältermaterials (Astrup 1990). Es scheint, dass sich nur Kriechsalze bilden, wenn die Behälterwandung von der Salzlösung benetzt werden kann. Hydrophobe Behältermaterialien wie Polypropylen verhindern in aller Regel jegliche Kriechsalze. Behälter aus Keramik oder Edelstahl lassen sich mit Wachs hydrophobieren (bei Lösungen von Magnesiumchlorid und -nitrat). Nur wenige Salze (wie NaBr, das für Vitrinen ohnehin nicht in Frage kommt) bilden ungeachtet des Behältermaterials Kriechsalze (Astrup 1990). Bild links: Über die Wandungen einer Glasschale steigende Kriechsalze

Geben Salzlösungen Säuredämpfe oder Schadgase ab?

Die Frage wird bisweilen kontrovers beantwortet (Winston 1960). Es gibt jedoch eher deutliche Hinweise für die Unschädlichkeit von Salzlösungen. So wird Lithiumchlorid in Hightech-Entfeuchtungsgeräten als Trockenmittel eingesetzt.

In der Veste Coburg wird die gesamte Glasausstellung mit Tandemklimatisierung mit MgCl₂ klimatisiert. Untersuchungen mit Glassensoren des Fraunhofer-Instituts für Silikatforschung zeigten für Glas eine niedrige Korrosivität der Vitrinenatmosphäre (Leissner 1996). Für Glas lässt sich daher die Klimatisierung mit MgCl₂ mit bestem Gewissen empfehlen. In einer mit MgCl₂ klimatisierten Vitrine fand ich nach ca. 3 Jahren in der Lösung einen pH-Wert von 6. Vom Wikingerschiff in Oslo wird gemeldet, dass die Salzlösung (Calciumnitrat) nach 40 Jahren einen pH-Wert von 2-3 hatte und sich auf dem Schiff (auch auf unbehandelten Neuteilen) Ausblühungen zeigten. Diese werden jedoch inzwischen nicht mehr auf die Salzlösungen zurückgeführt (Braovac 1997/8). In Seattle wurden bei Experimenten keinerlei Säuredämpfe aus Calciumnitratlösungen festgestellt (Creahan 5/1991).

Beispiele aus der Praxis:

Tizians "Zinsgroschen", klimatisiert mit einer Salzlösung, aus www.reier.de. HInter dem Bild ein gesteppter Beutel mit PRO SORB-Granulat als zusätzlicher Kurzzeit-Puffer, der von der Salzlösung auf dem entsprechenden Wert gehalten wird.

Vorsicht beim Hantieren mit Salzlösungen!

Verschüttete Salzlösungen können verheerende Auswirkungen haben, auf Kunstwerke wie auch auf einem saugfähigen Boden. Die Lösungen trocknen z.T. nicht und sind aus porösen Materialien kaum wieder herauszubekommen. Für eine Schädigung genügt aber auch schon, wenn über verschmutzte Finger oder Handschuhe Salze auf die Kunstwerke übertragen werden. So können Chloride auf Metalloberflächen sehr korrosiv wirken, insbesondere auf Eisen und Kupfer. Mit den Lösungen muss daher sehr vorsichtig und sauber hantiert werden. Salzlösungen sind somit ungeeignet für Ungeschulte und für den hektischen Wechselausstellungsbetrieb.

2.4.1 NEU ! Einschweißen von Salzlösungen im Beutel (siehe eignenes Kapitel, hier klicken)

Das Einschweißen der Salzlösungen in dampfdurchlässige Beutel bietet eine neue Möglichkeit, Salzlösungen ohne Verschmutzungsgefahr anzuwenden. Kommerziell wird dies bei den "Container Dri II" - Säckchen (United Desiccants) angewendet, die allerdings nur zum Einsatz als Trockenmittel vorgesehen sind (siehe unten).

Die Beutel bestehen aus einseitig TYVEK 1073 (ein Polyolefinvlies von DuPont) und einseitig PE-Folie. Das TYVEK ist durchlässig für Wasserdampf, aber undurchlässig für flüssiges Wasser Auch wenn alles Salz gelöst ist, tritt durch den Beutel keinerlei Flüssigkeit aus. Die Beutel überstehen selbst ein Herabfallen aus mehreren Metern Höhe.
Auf diese Weise lassen sich Beutel mit beliebigen Salzlösungen herstellen. Zur Herstellung der Beutel muss mit einem einseitig beheizten Folienschweißgerät, (z.B. der Joke SZ 380/8 ) die PE-Folie auf das TYVEK aufgeschmolzen werden (nicht umgekehrt). Es kann nur PE-auf TYVEK geschweißt werden - TYVEK auf TYVEK lässt sich auf diese Weise nicht dicht verschweißen!.

Leider hat sich gezeigt, dass sich die Beutel nur zum Trocknen verwenden lassen. Gibt ein Beutel Wasser ab, kristallisieren die Salze in den Poren des Tyvek aus und verstopfen diese nach kurzer Zeit vollkommen. Die Beutel lassen sich somit nur einsetzen, um Vitrinen trockner als die Umgebung zu halten.
Zur Anwendung in Vitrinen empfiehlt es sich dennoch, eine Kunststoffschale unterlegen. Insgesamt sind durch die Anwendung in Beuteln die Verschmutzungsgefahren so stark minimiert, dass eine Anwendung im größeren Stil möglich scheint.

TYVEK 1073 oder auch dreiseitig vorgeschweißte Beutel aus TYVEK / PE lassen Sie über uns beziehen, selbstverständlich auch fertig mit Salzlösungen befüllte Beutel (alles auf Anfrage).

Dieser 125 g-Beutel "Container Dri II" kann bis über 200 g Wasser aufnehmen (Tabelle). Er enthält wasserfreies Calciumchlorid (Gleichgewichtsfeuchte der gesättigten Lösung: 35% ±5% rF) und Amylopectin als Gelbildner. Die Oberseite besteht aus wasserdampfdurchlässigem Tyvek, die Unterseite aus chlorfreier Kunststofffolie. Die Flüssigkeit bleibt in jeden Fall im Beutel und tritt nicht aus, auch nicht, wenn er gewendet wird. Zum Erzeugen von Konstantklima wären diese Beutel im Prinzip auch anwendbar, doch erst wenn sich das wasserfreie Calciumchlorid in rundum benetztes Calciumchlorid Hexahydrat umgewandelt hat (s.o.). Aufgrund der schlechteren Temperaturkonstanz des Calciumchlorids wird für Konstantklimate statt dessen meist Magnesiumchlorid eingesetzt.

2.4.1.1. Kommerzielle Entfeuchter auf Basis hygroskopischer Salze

Eine kommerzielle Anwendung hygroskopischer Salze sind die mit wasserfreiem Calciumchlorid gefüllten Raumentfeuchterbehälter (3M Raumentfeuchter u. ä.), die auch in Baumärkten und Drogerien erhältlich sind. Calciumchlorid bindet sehr viel Wasser (bis zum ca. zweienhalbfachen seines Gewichts), ist billig und kann nach Gebrauch im Hausmüll entsorgt werden. Das wasserfreie Calciumchlorid nimmt bei der Umwandlung zu Calciumchlorid Hexahydrat in etwa sein Eigengewicht an Wasser auf. Nur mit Calciumchlorid Hexahydrat lässt sich ein Konstantklima erzeugen (vgl. Tabelle oben). Wasserfreies Calciumchlorid trocknet die Umgebungsluft dagegen anfangs bis auf ca. 5% rF! Die meisten dieser Produkte sind für den Museumseinsatz zu klobig und bergen die Gefahr, dass doch Lösung verschüttet wird.

aus: www.neu.otto.de

2.4.2 Ungesättigte Lösungen

Auch ungesättigte Salzlösungen erniedrigen den Dampfdruck des Wassers und können daher zur Klimatisierung eingesetzt werden. Allerdings bleibt der Klimawert bei ungesättigten Lösungen nicht konstant sondern verschiebt sich hier ähnlich wie bei Silikagel mit der Wasseraufnahme. Eine experimentelle Anwendung mit einer ungesättigten LiCl-Lösung und Ventilation ist beschrieben von Isetti (Isetti 1996), wobei der Feuchtigkeitsaustausch durch eine Gore-tex Membran stattfindet. Auch mit Glycerinlösungen lassen sich Konstantklimate erzeugen (DIN 50008). nächstes Kapitel